(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ鋼板から成る複数枚の被溶接材を一対の電極によって加圧し、溶接部へ入力される瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように定電力制御しながら溶接するメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法において、
前記電力設定値は、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値であり、
前記電力目標パターンが、溶接開始時点で予め定めた初期値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間で予め定めた第１ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間で０となり、その後は予め定めた第３溶接経過時間までの冷却期間中は０のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点で予め定めた第２ピーク値となるパターンであり、前記冷却期間を被溶接材間の密着度に応じて変化させる、
ことを特徴とするメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。
【請求項２】
前記第１ピーク値を、メッキ層の厚み及び／又はメッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。
【請求項３】
前記冷却期間を、メッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接中に定電力制御を行うことによってチリの発生を抑制しながら適正ナゲット径を形成することができるメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数枚重ねた被溶接材を一対の電極によって加圧・通電して溶接する抵抗溶接において、良好な溶接部の品質を得るためには、チリの発生を抑制しながらナゲット径が適正範囲内で形成されることが重要である。一般的に、抵抗溶接には定電流の交流又は直流の溶接電流が使用される。すなわち、少なくとも１回の溶接中の溶接電流値は一定値である。溶接電流が交流であるときは実効値が一定であることを意味している。ナゲット径は、溶接電流値、溶接時間、電極形状、加圧力等の溶接条件によって定まる。したがって、適正なナゲット径を形成するためには、被溶接材の材質、板厚、重ね枚数等の被溶接材条件に応じて上記の溶接条件を適正値に設定する必要がある。
【０００３】
［従来技術１（例えば、特許文献１参照）］
抵抗溶接では、自動車ボディのように１つのワークに数多くの溶接個所があり、そして次々と流れてくるワークを溶接するケースが多い。このときに、各溶接個所の被溶接材の材質、板厚、重ね枚数等の被溶接材条件が同一であれば、溶接電流値、溶接時間、電極形状、加圧力等の溶接条件も同一になる。そして、この状態で数百〜数千個所の溶接を行うことが多い。連続した溶接中において、電極の被溶接材接触面が次第に磨耗して接触面積が初期状態よりも広くなる。接触面積が広くなった状態で同一値の溶接電流を通電すると、被溶接材を通電する電流密度が低くなり溶接部の温度上昇が低くなるために、ナゲット径が小さくなる。このために、電極の磨耗が著しく進行した場合には、電極の研磨又は交換を行う必要がある。この研磨又は交換を行う間隔は、溶接条件等によって異なるが数百〜数千回の溶接ごとである。この研磨又は交換後の溶接の繰り返しに伴って電極の磨耗は徐々に進行する。このために、予め定めた回数の溶接を行うと溶接電流値を増加させて、電極磨耗による電流密度の低下を補償する機能（ステッパー機能）を装備した抵抗溶接装置が従来から使用されている。このステッパー機能は、溶接回数が増加するのに伴い、溶接電流値を階段状又は直線状に増加させるものである。この溶接電流値の増加パターンは、被溶接材条件に応じて予め実験によって設定しておく。
【０００４】
［従来技術２（例えば、特許文献２参照）］
被溶接材の材質がメッキ鋼板であるときには、ナゲットを形成するための本電流の通電前にメッキを除去するための先行通電を行うことが多い。メッキ鋼板の種類としては、亜鉛メッキ鋼板、アルミニウム合金メッキ鋼板等がある。図４は、この先行通電を示す電流通電パターン図である。同図の横軸は１回の溶接における経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は溶接電流値Ｉｗ（kA）を示す。溶接経過時間ｔは、慣習により商用電源の１周期（１／５０又は１／６０）を１サイクル（cyc）として表している。同図に示すように、溶接開始時点から予め定めた先行通電期間Ｔｍ中は、予め定めたメッキ除去電流Ｉｍを通電する。続いて、予め定めた通電休止期間Ｔｋ中は、溶接電流Ｉｗの通電を中断する。続いてナゲットを形成するための本電流の通電に移行し、予め定めた溶接期間Ｔｗ中は、予め定めた定常溶接電流Ｉｃを通電する。先行通電を行う理由は、以下のとおりである。すなわち、鋼板の表面にメッキ層があるために、そのまま本通電を行っても被溶接材間の接触状態が安定しないので、適正なナゲットが形成されない。これを改善するために、本通電の前に上記のメッキ除去電流Ｉｍを通電することによって、メッキ層を除去している。また、上記の通電休止期間Ｔｋを設けることによって、先行通電によって高温になった被溶接材を冷却している。これは、被溶接材が高温のままで本通電を行うと、入熱過剰となり、良好な溶接品質が得られないためである。
【０００５】
［従来技術３（例えば、特許文献３参照）］
上述した電極磨耗の進行に伴うナゲット径の減少を保証する方法として、溶接中を定電力制御する方法が慣用されている。この定電力制御は、溶接中の溶接電流及び溶接電圧（電極間電圧）を検出し、両値を乗算して瞬時電力値を算出し、この瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように抵抗溶接装置の出力を制御するものである。定電流制御では、電極磨耗が進行して接触面積が広くなると、電極間抵抗値が小さくなり発熱量が減少してナゲット径が小さくなる。これに対して、定電力制御では、電極磨耗が進行して接触面積が広くなり電極間抵抗値が小さくなっても、被溶接材への入熱量は瞬時電力値が一定であるので一定となり、ナゲット径が小さくなることを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１５０３３８号公報
【特許文献２】特開平９−１８７８７９号公報  段落００２０
【特許文献３】特開平１１−１０４８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
メッキ鋼板の抵抗溶接に対して上述した従来技術２を適用すると、良好な溶接品質を得ることができる。しかし、上述したように、電極磨耗の進行に伴いナゲット径が次第に小さくなるのを改善するためには、従来技術１のステッパー機能を使用する必要がある。このステッパー機能では、溶接回数が増加するのに伴い溶接電流値を予め定めた増加パターンに従って増加させる。したがって、電極磨耗の進行に対応した増加パターンを実験によって求める必要がある。しかしながら、電極磨耗の進行状態にはバラツキがあるために、そのバラツキを考慮して溶接電流値が適正ナゲット径を形成することができるように裕度を持たせて増加パターンを作成することになる。このようにすると、ナゲット径は電極磨耗の進行状態が変動しても適正範囲内に形成されるが、他方、入熱過剰になるためにチリが発生することになり、溶接品質が悪くなる場合も生じる。さらに、図４に示す先行通電期間Ｔｍ、メッキ除去電流値Ｉｍ及び通電休止期間Ｔｋの溶接条件パラメータを電極磨耗の進行状態に応じて適正化するためのパターンを作成する必要があり、実験によってこのパターンを作成するには多くの工数が必要となる。
【０００８】
また、メッキ鋼板の抵抗溶接に対して従来技術３を適用した場合、メッキ層の除去ができないために良好な溶接品質を得ることができない。ここで、定電力制御による本通電の前に、従来技術２のように先行通電を行うことも考えられる。このようにすれば、メッキ層を除去することができる。しかし、電極磨耗の進行に伴って、先行通電期間Ｔｍ、メッキ除去電流値Ｉｍ及び通電休止期間Ｔｋの溶接条件パラメータを適正化するためのパターンが必要となり、このパターンを実験によって作成するのに多くの工数が必要になる。
【０００９】
そこで、本発明では、メッキ鋼板の抵抗溶接において、電極磨耗が進行してもチリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができ、かつ、電極磨耗の進行に伴って溶接条件パラメータを変化させる必要もないメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
メッキ鋼板から成る複数枚の被溶接材を一対の電極によって加圧し、溶接部へ入力される瞬時電力値が予め定めた電力設定値と等しくなるように定電力制御しながら溶接するメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法において、
前記電力設定値は、予め定めた電力目標パターンに従って溶接経過時間に伴って変化する値であり、
前記電力目標パターンが、溶接開始時点で予め定めた初期値となり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間で予め定めた第１ピーク値となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間で０となり、その後は予め定めた第３溶接経過時間までの冷却期間中は０のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点で予め定めた第２ピーク値となるパターンであり、前記冷却期間を被溶接材間の密着度に応じて変化させる、
ことを特徴とするメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法。である
【００１１】
請求項２の発明は、前記第１ピーク値を、メッキ層の厚み及び／又はメッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記冷却期間を、メッキの種類に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、メッキ鋼板から成る被溶接材を抵抗溶接する場合において以下のような効果を奏する。第１ピーク値によって初期的に大きな電力（入熱）を供給して、被溶接材表面のメッキ層を除去することができる。これによって、被溶接材間の接触状態を安定化することができる。また、その後は電力設定値を一旦０まで小さくすることによって、被溶接材の温度を高温状態から低下させる。これにより、過剰な入熱を抑制することができる。そして、メッキ層を除去し、かつ、被溶接材の温度を低下させた上で、電力設定値を大きくして本通電を行うことにより、チリの発生しない状態で適正なナゲット径を形成することができる。さらに、本発明は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】図１の電力設定回路ＰＲに内蔵されている電力目標パターンの基本的なパターンを示す、本発明の参考のための図である。
【図３】本発明に係る電力目標パターンを示す図である。
【図４】従来技術において、被溶接材がメッキ鋼板であるときのナゲット形成状態を改善するための電流通電パターン図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るメッキ鋼板の抵抗溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図は、インバータ制御方式の抵抗溶接装置の場合であり、溶接電流Ｉｗは直流となる。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１７】
インバータ回路ＩＮＶは、商用交流電源ＡＣを入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。このインバータ回路ＩＮＶは、図示は省略するが、商用交流電源ＡＣを整流する１次整流回路、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する複数のスイッチング素子から成るブリッジ回路から構成される。高周波変圧器ＴＲは、高周波交流を抵抗溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流回路ＤＲは、降圧された高周波交流を直流に整流する。１対の電極１ａ、１ｂは、複数枚の被溶接材２を加圧し、電極を介して溶接電流Ｉｗが通電し溶接電圧Ｖｗが印加する。
【００１８】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。瞬時電力値算出回路ＰＤは、上記の電流検出信号Ｉｄ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、両値を乗算し、瞬時電力値信号Ｐｄを出力する。電力設定回路ＰＲは、後述する起動信号Ｏｎを入力として、この起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間（溶接経過時間）を計数し、予め定めた電力目標パターンから上記の溶接経過時間に対応した電力設定信号Ｐｒを出力する。予め記憶されている電力目標パターンについては、図２〜図３で詳述する。電力誤差増幅回路ＥＰは、上記の電力設定信号Ｐｒと上記の瞬時電力値信号Ｐｄとの誤差を増幅して、電力誤差増幅信号Ｅｐを出力する。電流設定回路ＩＲは、上記の電力誤差増幅信号Ｅｐを入力として溶接中は積分を行い、電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００１９】
溶接時間設定回路ＴＷＲは、１回当たりの溶接時間を設定するための溶接時間設定信号Ｔwrを出力する。溶接開始回路ＳＴは、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。起動回路ＯＮは、上記の溶接時間設定信号Ｔwr及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接時間設定信号Ｔwrによって定まる時間だけＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルの間は、電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記のインバータ回路ＩＮＶを駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。上述した回路構成によって、瞬時電力値信号Ｐｄと溶接経過時間に伴い変化する電力設定信号Ｐｒとが等しくなるように定電力制御が行われる。
【００２０】
図２は、後述する本発明の説明のために参考となる、上述した電力目標パターンの基本となるパターンを示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は電力設定信号Ｐｒ（ｋＷ）の値を示す。１cycは、商用周波数（５０ＨＺ又は６０ｈｚ）の逆数である。ここでは、１cyc＝１／５０秒の場合とする。同図の被溶接材条件は、被溶接材が軟鋼１．２mmの２枚重ねの場合である。同図に示す電力目標パターンは、溶接開始時点ｔ＝０のとき予め定めた初期値Ｐｓとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた溶接終了時間ｔ＝Ｔｅのとき予め定めたピーク値Ｐｐとなる。この溶接終了時間Ｔｅと、図１の溶接時間設定信号Ｔwrの値とは等しい値である。同図から初期値Ｐｓ＝４ｋＷ、ピーク値Ｐｐ＝１１ｋＷ、溶接終了時間Ｔｅ＝１２cycとなる。
【００２１】
同図に示す電力目標パターンは基本パターンであり、メッキ鋼板ではない２枚の被溶接材を重ねて抵抗溶接する場合に使用される。同図に示すように、電力設定信号Ｐｒの値を次第に大きくしてピーク値Ｐｐに到達させることによって、過剰な入熱を抑制することができるので、チリの発生を抑制しながらナゲット径を適正範囲内に形成することができる。さらに、本参考例は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。溶接終了時間ｔ＝Ｔｅ及びピーク値Ｐｐは、チリの発生しない状態で適正ナゲット径が形成されるように、予め実験によって設定される。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態に係る電力目標パターンの一例を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は電力設定信号Ｐｒ（ｋＷ）の値を示す。１cyc＝１／５０秒である。同図の被溶接材条件は、被溶接材が亜鉛メッキ鋼板１．２mmの２枚重ねの場合である。同図に示す電力目標パターンは、溶接開始時点ｔ＝０のとき予め定めた初期値Ｐｓとなり、その後は次第に大きくなり予め定めた第１溶接経過時間ｔ＝Ｔ１のとき予め定めた第１ピーク値Ｐp1となり、その後は次第に小さくなり予め定めた第２溶接経過時間ｔ＝Ｔ２のとき０となり、その後は予め定めた第３溶接経過時間ｔ＝Ｔ３までの冷却期間Ｔｃ（Ｔ２〜Ｔ３間）中は０のままであり、その後は次第に大きくなり溶接終了時点ｔ＝Ｔｅのとき予め定めた第２ピーク値Ｐp2となる。同図の電力目標パターンは、上述した図２の基本パターンに、第１ピーク値Ｐp1となる山を追加し、冷却期間Ｔｃを設けたものである。同図においては、初期値Ｐｓ＝４ｋＷ、第１溶接経過時間Ｔ１＝２cyc、第１ピーク値Ｐp1＝１４ｋＷ、第２溶接経過時間Ｔ２＝３cyc、第３溶接経過時間Ｔ３＝５cyc、冷却期間Ｔｃ＝２cyc、溶接終了時間Ｔｅ＝１２cyc、第２ピーク値Ｐp2＝１２ｋＷとなる。
【００２３】
同図に示す電力目標パターンは、メッキ鋼板から成る被溶接材を抵抗溶接する場合に使用される。この理由は、以下のとおりである。上記の第１ピーク値Ｐp1からなる山を追加して初期的に大きな電力（入熱）を供給することによって、被溶接材のメッキ層を除去することができる。そして、その後に入熱を０とする冷却期間Ｔｃを設けることによって、被溶接材の温度を高温状態から低下させている。これにより、溶接経過時間Ｔ３以降の本通電時における過剰な入熱を抑制して良好な溶接品質を得ることができるようにしている。さらに、本実施の形態は電力目標パターンに従った定電力制御であるために、電極の磨耗が進行しても被溶接材へ供給される電力値が一定であるので、入熱量が一定となり、ナゲット径は適正なままでほとんど変化しない。この結果、高い溶接品質を維持することができる。また、電極の磨耗によって電力目標パターンを変化させる必要がないので、生産準備の工数を低減することができる。
【００２４】
同図において、電力目標パターンの各パラメータ（Ｐｓ、Ｔ１〜Ｔ３、Ｔｅ、Ｐp1〜Ｐp2）は、以下のようにして設定される。まず、初期値Ｐｓは４ｋＷ程度に設定される。この値は、第１ピーク値Ｐp1の２０〜４０％の範囲で設定される。第１溶接経過時間Ｔ１、第１ピーク値Ｐp1及び第２溶接経過時間Ｔ２は、溶接個所のメッキ層を除去することができる値に設定される。したがって、これらの値、特に第１ピーク値Ｐp1は、メッキ層の厚さ、メッキの種類等に応じて、実験によって適正値に設定される。ここで、第１ピーク値Ｐp1は、メッキ層が厚いほど大きな値に設定される。さらに、第１ピーク値Ｐp1は、メッキの種類がアルミニウム−マグネシウム合金メッキであるときの値が、亜鉛メッキのときの値よりも小さな値に設定される。これは、アルニミウム−マグネシウム合金メッキの場合には、電力値が大きいとチリが発生しやすくなるためである。このために、アルミニウム−マグネシウム合金メッキの場合には、第２溶接経過時間Ｔ２を亜鉛メッキの場合よりも長く設定している。溶接経過時間Ｔ３は、電力設定値が０である冷却期間Ｔｃ（Ｔ３〜Ｔ２の時間）によって、被溶接材の温度がナゲット形成に悪影響を与えない温度まで低下する値に設定される。被溶接材と被溶接材との密着度が良くないときには、この冷却期間Ｔｃを密着度が良いときに比べて短い時間（例えば、０〜２cyc程度）に設定する。これは、密着度が良くないので、冷却期間Ｔｃが短くても被溶接材の温度低下が早くなるからである。ここで、冷却期間Ｔｃ＝０のときは、Ｔ２＝Ｔ３となる。冷却期間Ｔｃは、メッキの種類が亜鉛メッキであるときは２〜３cyc程度に設定され、アルミニウム−マグネシウム合金メッキであるときは３〜４cyc程度に設定される。アルミニウム−マグネシウム合金メッキの方が冷却期間Ｔｃを長く設定する理由は、被溶接材の温度を十分に低下させないと、メッキが飛び散り溶接品質が悪くなる場合が生じるためである。溶接終了時間Ｔｅ及び第２ピーク値Ｐp2は、チリが発生せずにナゲット径が適正範囲に形成されるように設定される。これら両値は、被溶接材の板厚、重ね枚数等に応じて、実験によって適正値に設定される。
【００２５】
上述した実施の形態では、抵抗溶接装置がインバータ制御方式の直流抵抗溶接装置である場合を説明したが、サイリスタを使用した位相制御方式の交流抵抗溶接装置の場合も同様である。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ、１Ｂ        電極
２            被溶接材
ＡＣ            商用交流電源
ＤＲ            ２次整流回路
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＥＰ            電力誤差増幅回路
Ｅｐ            電力誤差増幅信号
Ｉｃ            定常溶接電流
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｍ            メッキ除去電流
ＩＮＶ            インバータ回路
ＩＲ            電流設定回路
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＯＮ            起動回路
Ｏｎ            起動信号
ＰＤ            瞬時電力値算出回路
Ｐｄ            瞬時電力値信号
Ｐｐ            ピーク値
Ｐp1            第１ピーク値
Ｐp2            第２ピーク値
ＰＲ            電力設定回路
Ｐｒ            電力設定（値／信号）
Ｐｓ            初期値
ＳＴ            溶接開始回路
Ｓｔ            溶接開始信号
ｔ            溶接経過時間
Ｔ１            第１溶接経過時間
Ｔ２            第２溶接経過時間
Ｔ３            第３溶接経過時間
Ｔｃ            冷却期間
Ｔｅ            溶接終了時間
Ｔｋ            通電休止期間
Ｔｍ            先行通電期間
ＴＲ            高周波変圧器
Ｔｗ            溶接期間
ＴＷＲ            溶接時間設定回路
Ｔwr            溶接時間設定信号
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
【図１】
0005653116.tif 000002
【図２】
0005653116.tif 000003
【図３】
0005653116.tif 000004
【図４】
0005653116.tif 000005